Индукция магнитного поля в физике

Индукция магнитного поля

Магнитная индукция () — это векторная физическая величина, характеризующая магнитное поле. За направление вектора магнитной индукции принимается или направление от южного полюса к северному полюсу магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле (рис. 113), или направление положительной нормали к замкнутому контуру с током на гибком подвесе, свободно устанавливающемся в магнитном поле.

Рис. 113

Положительной считается нормаль, направленная в сторону перемещения острия буравчика (с правой нарезкой), рукоятку которого вращают по направлению тока в рамке.
Ясно, что направления 1) и 2) совпадают, что было установлено ещё опытами Ампера.

Что касается величины магнитной индукции (т.е. её модуля) , которая могла бы характеризовать силу действия поля, то экспериментами было установлено, что максимальная сила , с которой поле действует на проводник с током (помещённый перпендикулярно линиям индукции магнитного поля), зависит от силы тока в проводнике и от его длины (пропорциональна им). Однако сила, действующая на элемент тока (единичной длины и силы тока), зависит только от самого поля, т. е. отношение для данного поля является величиной постоянной (аналогично отношению силы к заряду для электрического поля). Эту величину и определяют как магнитную индукцию:

Индукция магнитного поля в данной точке равна отношению максимальной силы, действующей на проводник с током, к длине проводника и силе тока в проводнике, помещённом в эту точку.
Чем больше магнитная индукция в данной точке поля, тем с большей силой будет действовать поле в этой точке на магнитную стрелку или движущийся электрический заряд.

Единицей магнитной индукции в СИ является тесла (Тл), названная в честь хорватского электротехника Николы Теслы. Как видно из формулы,
Для наглядного представления магнитного поля М. Фарадей ввёл понятие магнитных силовых линий, которые он неоднократно демонстрировал в своих опытах. Картина силовых линий легко может быть получена с помощью железных стружек, насыпанных на картон (рис. 114-117). На рис. 114 представлены линии магнитной индукции прямого тока, на рис. 115 — соленоида, на рис. 116 — кругового тока, на рис. 117 — прямого магнита.

Рис. 114
Рис. 115
Рис. 116
Рис. 117

Линиями магнитной индукции, или магнитными силовыми линиями, или просто магнитными линиями, называют линии, касательные к которым в любой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции в этой точке поля.

Направление магнитного поля прямого тока можно определить по правилу правого буравчика:

Если вращать рукоятку буравчика так, чтобы поступательное движение острия буравчика указывало направление тока, то направление вращения рукоятки буравчика укажет направление силовых линий магнитного поля тока.

Направление магнитного поля прямого тока можно определять также и с помощью первого правила правой руки:
Если охватить проводник правой рукой, направив отогнутый большой палец по направлению тока, то кончики остальных пальцев в каждой точке покажут направление вектора индукции в этой точке.
Линии магнитной индукции являются замкнутыми, это свидетельствует о том, что в природе нет магнитных зарядов. Поля, силовые линии которых замкнуты, называют вихревыми полями. То есть магнитное поле — это вихревое поле. Этим оно отличается от электрического поля, создаваемого зарядами.

Соленоид — это проволочная спираль с током.
Соленоид характеризуется числом витков на единицу длины , длиной и диаметром . Толщина провода в соленоиде и шаг спирали (винтовой линии) малы по сравнению с его диаметром и длиной . Термин «соленоид» применяют и в более широком значении — так называют катушки с произвольным сечением (квадратный соленоид, прямоугольный соленоид), и не обязательно цилиндрической формы (тороидальный соленоид). Различают длинный соленоид и короткий . В тех случаях, когда соотношение между и специально не оговаривается, подразумевается длинный соленоид.
Силовые линии магнитного поля соленоида изображены на рис. 118, а. Направление этих линий определяют с помощью второго правила правой руки:
Если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по току в витках, то отставленный большой палец укажет направление магнитных линий внутри соленоида.

Сравнив магнитное поле соленоида с полем постоянного магнита (рис. 118, б), можно заметить, что они очень похожи. Как и у магнита, у соленоида есть два полюса — северный () и южный (). Северным полюсом называют тот, из которого магнитные линии выходят; южным полюсом — тот, в который они входят. Северный полюс у соленоида всегда располагается с той стороны, на которую указывает большой палец ладони при её расположении в соответствии со вторым правилом правой руки.
Соленоид в виде катушки с большим числом витков используют в качестве магнита.

Исследования магнитного поля соленоида показывают, что магнитное действие соленоида увеличивается с увеличением силы тока и числа витков в соленоиде. Кроме того, магнитное действие соленоида или катушки с током усиливается при введении в него железного стержня, который называют сердечником.

Рис. 118

Соленоид с железным сердечником внутри называется электромагнитом.
Электромагниты могут содержать не одну, а несколько катушек (обмоток) и иметь при этом разные по форме сердечники.



Эта лекция взята со страницы лекций по всем темам предмета физика:

Предмет физика

Возможно эти страницы вам будут полезны:

Полупроводники в физике
Взаимодействие магнитов в физике
Закон Ампера в физике
Сила Лоренца в физике